靜摩擦力的教學案例與評析

趙順法

（玉環縣玉城中學 浙江 臺州 317600）

1 設計思想

摩擦力是高中物理新課程（人教版）必修1第三章第三節的內容；教科書編排先學習靜摩擦力，后學習滑動摩擦力.但由于靜摩擦力問題的復雜性，且在具體問題中又表現出“動中有靜，靜中有動”，尤其靜摩擦在許多情形下似乎又是“若有若無，方向不定”，對于初學者來說不易理解.本教學案例按“什么是靜摩擦力—靜摩擦力的產生條件—靜摩擦力的方向—靜摩擦力的大小”這一線索展開教學，通過情境設計支撐學生的建構活動，并將教師演示實驗和學生分組探究實驗相結合，鼓勵學生在問題中思維；在情境中歸納；在實驗中發現；在活動中合作交流；實現學生對靜摩擦力概念的深層次理解和建構.

2 教學案例

2.1 引入課題——用毛巾提重物

教師提出一個挑戰性任務，展示桌上的一大堆書和一條毛巾，要求用一個手指把書都提起來，請學生上臺完成.

上臺的學生想用毛巾將書包起并打結后再用一個手指勾住上提，但是書多毛巾短，包起來后剩下的長度太短了，不夠打結.嘗試幾次還是提不起來.

這時教師示范，用毛巾將書包起來后，把剩下的毛巾兩端緊靠在一起，并相互折疊，壓緊，用一個手指勾住上提并成功.接著提問：為什么提起書的時候毛巾兩端不會向兩邊分開？引出靜摩擦力并自然引入新課.

2.2 實驗啟思——什么是靜摩擦力

創設下列情境，邊演示邊引發學生分析討論.

（1）將一滑塊放在水平木板上，處于靜止狀態.分析滑塊受力情況.

（2）將細線一端系在滑塊上，另一端通過定滑輪掛上鉤碼，在鉤碼的拉力作用下滑塊靜止.分析滑塊受力情況.

（3）分析圖1中幾個實例，判斷地面對箱子、手對直尺、斜面對物體是否存在靜摩擦力.

圖1

通過情境（2）引導學生分別用“二力平衡法”、“假設光滑法”、“阻礙相對運動趨勢法”分析滑塊受到的靜摩擦力，加深學生對靜摩擦力方向特征的理解和判斷方法的掌握.接著展現情境（3）請學生分析各種不同情形下靜摩擦力的方向，并從以上的實例中概括出靜摩擦力的定義.

2.3 分析歸納——靜摩擦力的產生條件

通過觀看傳送帶將行李從地面向飛機上運送的視頻，啟發學生領悟靜摩擦力中“靜”的含義.再結合前面實例，從中分析歸納兩物體間存在靜摩擦力的幾個必要條件，并用四個字概括靜摩擦力產生的重要特征——應“勢”而生.

2.4 體驗概括——靜摩擦力的方向

教師提出問題：靜摩擦力的方向有什么特點？

讓學生通過牙刷實驗來感受和體驗靜摩擦力的方向.學生聽教師指令步調一致操作并思考.

（1）右手握牙刷并放到木板上（刷毛朝下），用力向左推牙刷并與木板保持相對靜止.此時牙刷相對木板的運動趨勢朝哪邊？與桌面接觸的刷毛向哪邊彎曲？說明刷毛受到桌面的靜摩擦力朝什么方向？

（2）把刷毛朝上用左手固定，將右手食指放在刷毛上，向左推并與刷毛相對靜止.手指相對刷毛的運動趨勢朝哪邊？手指受到刷毛的靜摩擦力方向朝哪邊？這兩個方向有何關系？

通過體驗讓學生概括出物體受到靜摩擦力的方向跟相對接觸面運動趨勢的方向相反.接著請學生畫出圖1中各物體受靜摩擦力的方向，并也用四個字來概括靜摩擦力的方向特征——逆“勢”而為.

2.5 合作探究——靜摩擦力的大小

教師提出：靜摩擦力的大小如何確定？

現回到2.2的實例2，邊演示邊引導學生思考下列問題.

（1）若鉤碼的重力為0.5N，地面給滑塊的靜摩擦力多大？

（2）如果繼續增加一個鉤碼，發現滑塊仍靜止在木板上，這時木板對滑塊的靜摩擦力變了嗎？

（3）再增加一定的鉤碼，發現滑塊相對木板運動了，這說明了什么？

通過對情境（1）、（2）的演示和分析，得出接觸面粗糙程度和接觸面壓力均不變時，地面對滑塊的靜摩擦力是可以變化的，并請學生也用四個字概括靜摩擦力大小的這種特點——隨“勢”而變.通過對情境（3）的演示和分析，得出木板對滑塊的靜摩擦力大小是有限度的，即存在最大靜摩擦力，物體與接觸面的靜摩擦力應該在零和最大值之間取值.

教師繼續提出下列問題：

（4）如何測出木板對滑塊最大靜摩擦力的大??？

（5）彈簧測力計讀數等于最大靜摩擦力是一瞬時，來不及讀數，怎么保留這一瞬間指針的位置？

學生討論（4）后，提出可以用測力計代替鉤碼拉滑塊，當拉力逐漸增大到等于最大靜摩擦力時，滑塊剛好被拉動.讀出滑塊剛開始滑動時測力計的讀數，就等于最大靜摩擦力的大小.討論（5）后，提出在測力計指針前面放一張小紙片，當拉力增大時，指針推動小紙片前進；拉力減小時，指針后退小紙片不后退，這樣小紙片就停留在最大讀數位置不動，記住這一位置.接著提供實驗器材，請各小組分工合作，根據上述設計思想完成下列探究：

（1）測出滑塊與桌面間的最大靜摩擦力大小，并記錄在表格中；

（2）探究在保持粗糙程度不變，接觸面壓力改變時最大靜摩擦力如何變化；

（3）探究在保持壓力不變，改變接觸面粗糙程度時最大靜摩擦力如何變化.

學生合作探究，討論交流，匯報結論.進一步歸納出最大靜摩擦力大小的決定因素.

2.6 趣味比賽——直尺拔河

請同組學生利用桌上的一把直尺，作拔河比賽，比賽時雙方將食指與中指伸直后夾住直尺，其余三個手指并攏.在比賽過程中雙方只能向后用力拉直尺，手不能向前移動.直尺最后在誰的手上，誰就是勝利者.之后請學生利用本節所學知識思考取勝或失利的原因.

2.7 概念辨析——深化理解

請學生辨析下列說法的正誤.

（1）受靜摩擦力作用的物體一定靜止；

（2）靜摩擦力是阻力，不可以是動力；

（3）一個小孩推箱子而沒有推動，是因為他的推力小于靜摩擦力；

（4）手握尺子，手握得越緊，靜摩擦力就越大.

2.8 問題分析——學以致用

將磁性黑板擦靜放在黑板上：

（1）它為什么不掉下？

（2）磁性黑板擦重力G為1N，磁力F1為3N，求摩擦力F多大？

（3）若磁力F2為5N，則摩擦力F更大、更小還是一樣？

小結及課后作業略，板書設計如圖2.

圖2 板書設計

3 案例評析

本節課以靜摩擦力概念的幾個維度為主線展開教學.課堂中通過“用不打結的毛巾提重物實驗”引入靜摩擦力課題，學生在驚奇中思維由松弛變為緊張，求知欲被點燃；通過情境創設、問題思維、實驗探究、合作學習等手段有效地突破了教學的重點和難點，并且藝術地概括出了其本質特征即靜摩擦力的產生——“應勢而生”，靜摩擦力的方向——“逆勢而為”，靜摩擦力的大小——“隨勢而變”，使抽象、復雜的概念變得簡潔、生動而容易把握.通過“趣味比賽”、“概念辨析”、“問題分析”等環節，不但鞏固加深了學生對靜摩擦力概念的理解和應用，同時激發了學生學習物理知識的興趣，培養了學生運用物理知識分析、解釋生活現象和實際問題的能力.在上述八個教學環節中不斷引發學生問題思考、分析歸納、體驗探究、討論交流，使得整個課堂呈現出動靜有序、積極參與、學情高漲的學習氛圍.